Диссертация (1144823), страница 17
Текст из файла (страница 17)
У водорослейтакжеобнаруженыдополнительныефоторецепторы: белки BLUF, ауреохромы иродопсины [Hegemann, 2008]. ФитохромнаяРисунок 1.23. Спектральный составсвета и адсорбирующие егофоторецепторы (по:http://www.biologie.ens.fr/smdgs/spip.)системаэкспрессиисветозависимых генов растений изученанаиболее подробно [Синещеков, 2005; Josseetсветорегулируемыерегуляциипротеин-киназы,al.,2008].передающиеФитохромысветовойсигнал-эточерезфосфориллирование связанных с ними белков. Такие белки – регуляторыбиосинтеза ХЛ, взаимодействующие с фотоактивными формами фитохромов А иB (PHYA и PHYB), получили название PIF1-7 (phytochrome-interaction factor)(рис.1.24) [Ni et al., 1998; 1999].
Они оказались факторами транскрипциисемейства bHLH [Castillon et al., 2007], способными связываться с G-боксами(CACGTG), в промоторах светорегулируемых ядерных генов растений [Menkenset al., 1995].Мутанты арабидопсиса по гену PIF3 демонстрировали ослабление световой90индукции транскрипции генов БФ и накапливали протохлорофиллид в темноте[Ni et al., 1998; Monte et al., 2004; Stepherson et al., 2008]. Их изучение показало,что в отсутствие света фактор PIF3 связан с ядерной ДНК. При освещении,фотоактивированные фитохромы (Pfr), мигрируют из цитоплазмы в ядро исвязываются с PIF3, индуцируя быстрое фосфориллирование ТФ и, далее, ихТаблица 1.3.
Факторы регуляции процессов биосинтеза хлорофилла уарабидопсиса*Мутацииgun5ГеныCHLHgun4GUN4hy1/ ulf 3/ HY1gun2hy2/gun3 HY2Продукты генаMg-хелатазасубъединица HMg-ПП-связывающийбелокГем-оксигеназаРегуляторые функциипередача ретроградногосигналасветовая регуляцияэкспрессии CHLHретроингибирование синтезаАЛК гемомретроингибирование синтезаАЛК гемом(-) РТ, ABI4-опосредованнаяСсылкиMochizuki, et al.,2001Larkin etal., 2003Muramoto et al.,1999Kohchi et al.,2001Koussevitzky etal., 2007Meskauskieneet.al., 2001Moller et al., 2001gun1GUN1fluFLUlaf6ABC1ФитохромобилинсинтетазаБелок хлоропласта(пентатрикопептид)GluTR-связывающийбелокABC1-белокpif1*PIF1**ФТ bHLH-типаpif3, 5-7*PIF3,*PIF5,*PIF7FHY3/Far1GNCФТ bHLH-типарепрессия ПХЛД-ом синтезаАЛКтранспорт ПП изхлоропласта в цитозол(-) РТ POR, гем-оксидазы,Fe-хелатазы(-) РТФТPhyA (+) ФТФТ семейства GATA(Zn_F)ФТ семейства GATA(Zn_F)ФТ (bZip)(+) РТ фотоморфогенезаMonte et al.,2004; Castillon etal., 2007Lin and Wang,2004Bi et al., 2005(+) РТ фотоморфогенезаLui et al., 2010(+) РТ фотоморфогенезаФТ (zinc finger protein1)ФТ bZIP - типаФТ AP-2 - типа(+) РТOyama et al.,1997Chang et al., 2008fhy3/far1GATA2hy5*HY5lzf1*LZF1abi5abi4*ABI5*ABI4Продолжение таблицы 1.3.зеленение(-) ретроградный контрольMoon et al., 2008Koussevitzky etal., 2007911sco1sco2elip123*SCO1; пластидный факторSCO2элонгации GELIPхлорофилл a/bсвязывающие белкиcaoCAOХЛa-оксигеназаpks1-4PKSпротеин-киназыcop1COP1убиквитин-лигаза Е3Мутацииspa1-4ГеныSpa1-4clpCLPporPORexe1exe2EXE1EXE2atabATAB2cskCSKПродукты генарепрессорыфотоморфогенезахлоропластнаяпротеазапротохлорофиллидоксидоредуктазабелки хлоропластаактиваторы 1О2индуцированногоапоптозаРНК-связывающийбелокПротеин-киназы4фотоморфогенез проростковконтрольуровнясинтезахлорофилловтранспорт белков ССК вхлоропластДезактивация фотоактивных фитохромовпротеолиз ФТ: Pif1-7, HY5,SCO2Регуляторые функцииSPA-COP1 протеолиз5Albrecht et al.,2006TzvetkovaChevolleau et al.,2007Reinbothe et al.,2006Lariguet etal.,2006Seoetal, 2004СсылкиLaubinger et al.,2004ХЛb-зависимый контрольYamasato et al.,уровня CAO2008(+) регуляция HEMA и LHCB McCornac, 2002экспрессии1О2 индуцируемая передачаWagner et al.,ретроградного сигнала2004индукция транскрипции вхлоропластетранскрипция в хлоропластеBarneche et al.,2006Puthiyaveetil etal., 2008* У растений обнаружено множество белковых факторов, необходимых для световой иметаболической регуляции клеточных процессов.
В таблице представлены только тегены, продукты которых оказывают существенное влияние на биосинтез хлорофиллов исвязанных с ним процессов биогенеза хлоропластов.Обозначения: ФТ – фактор транскрипции, РТ – регулятор транскрипции**(+) РТ – позитивный регулятор транскрипции, (-) РТ – негативный РТ.деградацию через убиквитин-протеосомную систему [Shen et al., 2007]. Красныйсвет индуцирует дефосфорилирование фитохромов, которое осуществляютфосфатазы PAPP2C (phytochrome-associated protein phosphatase type 2C).
Онисвязываются с PHYA и PHYB в ядре, тем самым, регулируя активность белкаPIF3 [Castillon et al., 2007]. Механизм индуцируемой светом протеолитическойдеградации был описан и для белков: PIF1, PIf5 и PIF7 [Huq et al., 2004].Фактор транскрипции PIF1 в биосинтезе хлоропластных пигментов играет92особую роль, поскольку он непосредственно участвует в регуляции синтезапротохлорофиллида (ПХЛД) и каротиноидов [Toledo-Ortiz et al., 2010]. Мутантарабидопсиса по гену PIF1 имел фенотип, сходный с flu-мутантами арабидопсиса,которые будут описаны ниже, – проростки накапливали в темноте избыточноеколичество ПХЛД и при переносе на свет погибали от фотообесцвечивания [Moonet.
al., 2008]. PIF1, связываясь в темноте с G-боксами в промоторах геновферментов биосинтеза хлорофилла (POR, гем-оксигеназу и Fe-хелатазу) икаротиноидов (фитоин-синтетазу), подавляет их экспрессию [Toledo-Ortiz et al.,2010; Whitelam et al., 1993]. Подобно PIF1, фактор PIF3 подавляет транскрипциюгена HEMA1 глютамил-тРНК-синтетазы и гена GUN4, кодирующего белокрегулятор активности магний-хелатазы [Stepherson et al., 2008].Блокирование генов, контролирующих механизмы фитохромной регуляции,ведет к появлению мутантов, формирующих удлиненные гипокотили поддействием длинноволнового красного света. Изучение целого ряда такихмутантов арабидопсиса: fhy1, fhy3 (far-red elongated hypocotil), fhl (phy1-like), far1(far-red impaired response 1) позволило выяснить, что функции белка FHY1 и егогомолога FHL состоят в транспортировке фотоактивированных фитохромов изцитоплазмы в ядро [Shen et.
al., 2009]. Фитохром А (PHYA) регулируетактивность этих белков через физическое взаимодействие и (или) обратимоефосфорилирование, индуцированное красным светом [Pfeiffer et. al., 2009]. PHY3и FAR1 оказались факторами позитивной регуляции транскрипции генов: FHY1 иFHL1 [Lin et al., 2008].Синий свет активирует фоторецепторы криптохромы (CRY1, CRY2) ифототропины (PHOTO1, PHOTO2).
Криптохромы – белки с хромофорамифлавиновой природы, эволюционно связанные с ДНК-фотолиазами [Lin et al.,2003]. В цепи передачи светового сигнала от криптохромов задействован фактортранскрипции HY5 – позитивный регулятор экспрессии генов БФ. Он былобнаружен в результате исследований мутанта hy5 (long hypocotil) арабидопсисапо фотоморфогенезу, проростки которого сохраняли удлиненные гипокатили на93свету [Oyama et al., 1997]. Ген HY5 кодирует bZIP-подобный белок, необходимыйдляэкспрессиизначительногочислагенов(включаяLZF1иABI5),контролирующих фотоморфогенез [Lee et al., 2007; Chang et. al., 2008]. Полагают,что после активации синим светом белок CRY1 образует комплексы с белкамиSPA, тем самым, предотвращаяих связывание с COP1, что в свою очередь ведет косвобождению фактора транскрипции HY5 (рисунок 1.24), позволяя емуактивировать транскрипцию генов БФ [Liu, 2011].
Еще один позитивныйрегулятор транскрипции генов БФ - белок HFR1 (long hypocotil in far-red1)семейства bHLH, регулирует оба пути передачи сигналов: от фитохромов икриптохромов [Duek et al., 2004].Транскрипционные факторы семейства GATA имеют ДНК-связывающийдомен,которыхсодержит«цинковыйпалец»,узнающиймотив:5‘-(A/T)ГATA(A/Г)-3‘ в промоторах светозависимых генов.
К настоящему времени,для двух из 30 известных у арабидопсиса транскрипционных факторов GATAтипа – GNC и GATA2, установлено прямое влияние на биосинтез хлорофилла.Отсутствие белка GNC (GATA, nitrate-inducible, carbon metabolism-involved) врезультате Т-ДНК инсерции в кодирующем его гене, вызывает редукцию синтезахлорофиллов [Bi et al., 2005]. Полагают, что GNC участвует в координацииметаболизмов азота, углерода и хлорофиллов во время фотоморфогенеза - припереходе от гетеротрофного к фототрофному росту на свету. Критическая роль вфотоморфогенезе была установлена и для фактора транскрипции GATA2 [ToledoOrtizet al., 2010]. Сверхэкспрессия гена GATA2 приводила к укорочениюгипокотилей в темноте, а замолкание этого гена в результате антисенсконструкций вело к удлинению гипокотилей на свету, свидетельствуя, что генкодирует активатор фотоморфогенеза.
Для белка GATA2 описана авторегуляция –он светозависимо регулирует экспрессию кодирующего его гена через механизмобратной связи – светоиндуцированное накопление белка ведет к подавлениютранскрипции кодирующего его генаВ генетическом контроле фотоморфогенеза растений участвуют и ядерные94гены SCO1 и SCO2 (snowy cotilidon), мутации в которых вызывали появлениебелых, не зеленеющих на свету проростков. Они кодируют хлоропластные белкиSCO1 и SCO2, один их которых – SCO1 оказался фактором трансляции G[Albrecht et al., 2006; 2008]..Рисунок 1.24. Модель световой регуляции экспрессии генов, кодирующих белкифотосинтеза (БФ). Фитохромы – гомодимеры, где оба мономера ковалентно связаны стетрапирролом фитохромобилином. Неактивные формы фитохромов Pr (поглощающиекрасный свет), синтезируются в цитоплазме. Под действием света Pr превращаются вактивную форму Pfr (поглощающие длинноволновый красный свет - FR), которые,связываясь с белками PHY1/PHL, мигрируют в ядро, а оставшиеся подвергаютсяфотодеструкции и реверсии в Pr.
PKS – протеин-киназы, имеющие сродство кфитохромам; Белки репрессоры - факторы транскрипции (PIF) в темноте вязываются спромоторами генов БФ, блокируя их транскрипцию, На свету происходит ихфосфолиллирование фотоактивированными фитохромами (Pfr), после чего ониподвергаются светоиндуцированной протеалитической деградации через COP-SPAкомплексы.Транскрипционные активаторы - (+) факторы транскрипции (HY5 иGATA2) в темноте неактивны, так как связаны COP белками, которые под воздействиемсвета мигрируют в цитоплазмуМембранные фоторецепторы фототропины - это активируемые синимсветом протеин-киназы серин-треониновго типа, обеспечивающие направленноедвижение частей растений к свету [Christie, 2008].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
